JP7443746B2 - Hydrogen-containing water generation system and hydrogen-containing water generation method - Google Patents
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Description
本発明は、水素含有水生成システム、及び水素含有水生成方法に関する。 The present invention relates to a hydrogen-containing water generation system and a hydrogen-containing water generation method.
水の電気分解作用を利用して、水道水等の原水から水素を含有する水である水素含有水を生成する技術が知られている。例えば、特許文献1には、陽極と陰極とに印加された電流の利用効率の低下を抑制する水素含有水生成装置が記載されている。
BACKGROUND ART There is a known technology for producing hydrogen-containing water, which is water containing hydrogen, from raw water, such as tap water, by utilizing the electrolysis effect of water. For example,
ここで、電気分解においては、陽極部において電子を放出するイオン化反応が起こる。この反応によって、陽極部は、母材が溶出して劣化する。この際、陰極部の電流密度が荷電部分である陰極用給電部材に集中しているため、陰極用給電部材と距離が近い陽極部の部分に劣化が集中する。劣化により、母材の溶出が発生すると、溶出部分から急速に劣化が広がるので、電極全体の長寿命化のために陽極部の局所的な劣化を抑制する必要がある。 Here, in electrolysis, an ionization reaction that releases electrons occurs at the anode portion. Due to this reaction, the base material of the anode portion is eluted and deteriorated. At this time, since the current density in the cathode part is concentrated in the cathode power supply member, which is a charged part, deterioration is concentrated in the anode part that is close to the cathode power supply member. When elution of the base material occurs due to deterioration, the deterioration rapidly spreads from the elution part, so it is necessary to suppress local deterioration of the anode part in order to extend the life of the entire electrode.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電極の局所的な劣化を抑制して寿命を延ばすことができる水素含有水生成システム、及び水素含有水生成方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a hydrogen-containing water generation system and a hydrogen-containing water generation method that can suppress local deterioration of electrodes and extend their lifespan. do.
本発明の水素含有水生成システムは、側部に複数の開口を有する筒状の陽極部と、側部に複数の開口を有し、前記陽極部の径方向外側又は径方向内側に離間して設けられる筒状の陰極部と、前記陽極部及び前記陰極部が内部に設けられる筒状の槽本体と、前記陽極部の長手方向に沿って延びて前記陽極部の側部に取り付けられる棒状の陽極用給電部材と、前記陰極部の長手方向に沿って延びて前記陰極部の側部に取り付けられる棒状の陰極用給電部材と、前記陽極用給電部材の下側端部が貫通する第一孔と前記陰極用給電部材の下側端部が貫通する第二孔とを有し、前記槽本体の下端部を閉塞する第一下側基台と、を備える水素含有水生成電解槽と、さらに、前記陽極用給電部材の下側端部が貫通する第一孔と、前記第一孔の位置を基準として前記第一下側基台とは異なる位置に前記陰極用給電部材の下側端部が貫通する第二孔とを有し、前記槽本体の下端部を閉塞する第二下側基台と、を備え、所定時間で、前記水素含有水生成電解槽の前記第一下側基台が前記第二下側基台に交換される。 The hydrogen-containing water generation system of the present invention includes a cylindrical anode portion having a plurality of openings on the side, and a plurality of openings on the side, spaced apart radially outward or radially inward of the anode portion. A cylindrical cathode section provided, a cylindrical tank body in which the anode section and the cathode section are provided, and a rod-shaped tank body extending along the longitudinal direction of the anode section and attached to the side of the anode section. an anode power supply member; a rod-shaped cathode power supply member that extends along the longitudinal direction of the cathode part and is attached to a side of the cathode part; and a first hole through which the lower end of the anode power supply member passes. and a second hole through which the lower end of the cathode power supply member passes, and a first lower base that closes the lower end of the tank body; , a first hole through which the lower end of the anode power supply member passes; and a lower end of the cathode power supply member located at a position different from the first lower base with respect to the position of the first hole. a second hole through which the first lower base of the hydrogen-containing water generating electrolytic cell is inserted, and a second lower base that closes the lower end of the tank body; is replaced by the second lower base.
前記水素含有水生成システムは、さらに、前記陽極用給電部材の下側端部が貫通する第一孔と、前記第一孔の位置を基準として前記第一下側基台及び前記第二下側基台とは異なる位置に前記陰極用給電部材の下側端部が貫通する第二孔とを有し、前記槽本体の下端部を閉塞する第三下側基台と、を備え、前記水素含有水生成電解槽の前記第一下側基台が前記第二下側基台に交換された後、さらに前記所定時間で、前記水素含有水生成電解槽の前記第二下側基台が前記第三下側基台に交換される。 The hydrogen-containing water generation system further includes a first hole through which a lower end of the anode power supply member passes, and a first lower base and a second lower base based on the position of the first hole. a third lower base having a second hole through which the lower end of the cathode power supply member passes through at a position different from the base, and closing the lower end of the tank body; After the first lower base of the hydrogen-containing water producing electrolytic cell is replaced with the second lower base, further at the predetermined time, the second lower base of the hydrogen-containing water producing electrolytic cell is replaced with the second lower base of the hydrogen-containing water producing electrolytic cell. Replaced with third lower base.
前記水素含有水生成システムにおいて、前記第一下側基台の前記第二孔から前記陰極部の中心軸までの線分と、前記第二下側基台の前記第二孔から前記陰極部の中心軸までの線分とがなす角度は、前記第二下側基台の前記第二孔から前記陰極部の中心軸までの線分と、前記第三下側基台の前記第二孔から前記陰極部の中心軸までの線分とがなす角度と同じであることが好ましい。 In the hydrogen-containing water generation system, a line segment from the second hole of the first lower base to the central axis of the cathode part, and a line segment from the second hole of the second lower base to the center axis of the cathode part. The angle formed by the line segment from the second hole of the second lower base to the center axis of the cathode section is the angle formed by the line segment from the second hole of the second lower base to the central axis of the cathode section. It is preferable that the angle formed by the line segment to the central axis of the cathode section is the same.
本発明の水素含有水生成方法は、側部に複数の開口を有する筒状の陽極部と、側部に複数の開口を有し、前記陽極部の径方向外側又は径方向内側に離間して設けられる筒状の陰極部と、前記陽極部及び前記陰極部が内部に設けられる筒状の槽本体と、前記陽極部の長手方向に沿って延びて前記陽極部の側部に取り付けられる棒状の陽極用給電部材と、前記陰極部の長手方向に沿って延びて前記陰極部の側部に取り付けられる棒状の陰極用給電部材と、を備える水素含有水生成電解槽を備える水素含有水生成システムによる水素含有水生成方法であって、前記陽極用給電部材の下側端部が貫通する第一孔と前記陰極用給電部材の下側端部が貫通する第二孔とを有し、前記槽本体の下端部を閉塞する第一下側基台と、前記陽極用給電部材の下側端部が貫通する第一孔と前記第一孔の位置を基準として前記第一下側基台とは異なる位置に前記陰極用給電部材の下側端部が貫通する第二孔とを有し、前記槽本体の下端部を閉塞する第二下側基台と、を準備する下側基台準備ステップと、前記下側基台準備ステップで準備した前記第一下側基台及び前記第二下側基台の合計数を設定する下側基台数設定ステップと、前記第一下側基台を前記第二下側基台に交換するまでの時間間隔を設定する下側基台交換間隔設定ステップと、前記時間間隔で、下側基台数設定ステップで設定した前記第一下側基台及び前記第二下側基台の合計数に基づく所定回数、前記第一下側基台を前記第二下側基台に交換する下側基台交換ステップと、を含む。 The method for producing hydrogen-containing water of the present invention includes a cylindrical anode part having a plurality of openings on the side, and a cylindrical anode part having a plurality of openings in the side part, spaced apart radially outward or radially inward of the anode part. A cylindrical cathode section provided, a cylindrical tank body in which the anode section and the cathode section are provided, and a rod-shaped tank body extending along the longitudinal direction of the anode section and attached to the side of the anode section. A hydrogen-containing water generation system comprising a hydrogen-containing water generation electrolytic cell comprising an anode power supply member and a rod-shaped cathode power supply member extending along the longitudinal direction of the cathode part and attached to the side of the cathode part. A method for producing hydrogen-containing water, comprising: a first hole through which a lower end of the anode power supply member passes; and a second hole through which a lower end of the cathode power supply member passes; A first lower base that closes the lower end of the anode power supply member, a first hole through which the lower end of the anode power supply member passes, and a first lower base that is different from the first lower base based on the position of the first hole. a lower base preparation step of preparing a second lower base having a second hole at a position through which the lower end of the cathode power supply member passes, and closing the lower end of the tank body; , a lower base number setting step of setting the total number of the first lower base and the second lower base prepared in the lower base preparing step; a lower base replacement interval setting step of setting a time interval until replacement with the second lower base; and a lower base exchanging step of exchanging the first lower base with the second lower base a predetermined number of times based on the total number of lower bases.
前記水素含有水生成方法は、前記水素含有水生成電解槽の前記陽極部の寿命を予測する電極寿命予測ステップを含むことが好ましい。 Preferably, the hydrogen-containing water generation method includes an electrode life prediction step of predicting the life of the anode part of the hydrogen-containing water generation electrolytic cell.
本発明によれば、電極の局所的な劣化を抑制して寿命を延ばすことができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to suppress local deterioration of the electrode and extend its life.
以下に、本発明に係る水素含有水生成システム100の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、同一構成には同一符号を付し、異なる構成には異なる符号を付すものとする。
EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, embodiment of the hydrogen-containing
(電極の構成)
まず、水素含有水生成システム100を構成する電解槽DKが備える水素含有水生成用の電極10の構成について説明する。図1は、本実施形態に係る水素含有水生成システム100を構成する電解槽DKの電極10の例を示す斜視図である。電極10は、水の電気分解作用を利用して、原水Wから、水素を含有する水である水素含有水Rを生成する。原水Wは、給水装置等から給水路及び循環ポンプP(図2参照)等を介して電解槽DKに供給される温水等である。水素含有水Rは、中性を示す水である。
(Configuration of electrode)
First, the configuration of the
図1に示すように、電極10は、陽極部12と、陰極部14とを有する。陽極部12及び陰極部14は、いずれも円筒状の導電体である。陽極部12は、陰極部14の内側に同心状態に設けられて、陰極部14と離間している。電極10、より具体的には陽極部12及び陰極部14は、両方の端部にそれぞれ開口部としての下端部側開口部10HA及び上端部側開口部10HBを有している。陽極部12と、陰極部14とは、下部スペーサ52及び上部スペーサ54(図2参照)によって、陽極部12及び陰極部14の間の距離(電極間隙間と称する。)を維持される。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態において、陽極部12及び陰極部14の電極間隙間の大きさは、0.1mm以上1mm以下とすることが好ましい。電極間隙間の大きさを前述した範囲とすることで、電極10が水素含有水Rを生成する際に、陽極部12と、陰極部14とに印加する電圧の電位差が比較的小さくても、電極10は、十分な量の水素を発生させることができる。電極間隙間の大きさが前述した範囲であれば、電極10に印加される電圧が比較的低電圧でも、電極10は、十分な量の水素を原水Wに溶存させて多くの水素を溶存した水素含有水Rを生成することができる。また、水素含有水Rに溶存する水素の量が同一であれば、電極10は、消費電力を抑制することができる。
In this embodiment, the size of the gap between the electrodes of the
本実施形態において、陽極部12及び陰極部14は、チタン(Ti)に白金(Pt)をめっきしたものである。めっきは、例えば、白金-イリジウム(Ir)めっきであってもよい。本実施形態において、チタンは純チタンである。陽極部12及び陰極部14は、チタンに白金をめっきしたものに限定されるものではないが、原水Wに溶け出さない材料(例えば、バナジウム(V))であることが好ましい。本実施形態においては、陽極部12及び陰極部14の両方がめっきされているが、陽極部12のみをめっきし、陰極部14はめっきしなくてもよい。これにより、電極10の製造コストを低減することができる。
In this embodiment, the
陽極部12及び陰極部14は、複数の線状の部分である線状部分16が交差した、網状の部材である。陽極部12は、側部に複数の開口12Hを有している。陰極部14は、側部に複数の開口14Hを有している。複数の線状部分16で囲まれる部分が、陽極部12及び陰極部14の開口12H及び開口14Hとなる。陽極部12が有する複数の開口12Hは、陽極部12の側部を陽極部12の厚み方向に貫通している。陰極部14が有する複数の開口14Hは、陰極部14の側部を陰極部14の厚み方向に貫通している。陽極部12及び陰極部14の線状部分16の詳細な形状については後述する。
The
陽極部12は、長手方向E、すなわち筒状の部材である陽極部12が延びる方向に向かうスリット12SLを有している。陰極部14は、長手方向E、すなわち筒状の部材である陰極部14が延びる方向に向かうスリット14SLを有している。電極10は、陰極部14の外側に複数の拘束部材18を備える。拘束部材18は、例えば、樹脂製の結束バンド、金属の線材等である。拘束部材18は、耐食性が高く、かつ原水Wに溶け出さない材料であることが好ましい。拘束部材18は、陽極部12のスリット12SL及び陰極部14のスリット14SLを閉じて、陽極部12及び陰極部14を陽極部12及び陰極部14の周方向Cから拘束する。拘束部材18を取り外すことによって、電極10は、陽極部12と、陰極部14とに容易に分解することができるので、保守、点検、補修及び部品交換が容易である。
The
陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22は、いずれも棒状の導電体である。陽極用給電部材20は、陽極部12に電気的に接続されている。陽極用給電部材20は、電源30の陽極と電気的に接続されている。陰極用給電部材22は、陰極部14に電気的に接続されている。陰極用給電部材22は、電源30の陰極と電気的に接続されている。電源30は、直流電源である。このような構成によって、陽極部12は、電源30の正極と陽極用給電部材20を介して電気的に接続され、陰極部14は、電源30の負極と陰極用給電部材22を介して電気的に接続される。電源30は、例えば、制御部CL(図2参照)から出力される制御信号に基づいて、電解槽DK(図2参照)の制御基板から電圧を与えられる。
The anode
陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22は、本実施形態において、スポット溶接によって複数個所の接合部CPで陽極部12及び陰極部14にそれぞれ接合されて、取り付けられる(図3参照)。複数の接合部CPは、陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22の長手方向Eにおいて、一部分に偏らないように設けられている。このようにすることで、陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22は、自身の長手方向Eの全体から電力を供給することができる。陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22は、陽極部12及び陰極部14にそれぞれ電気的に接続されれば、スポット溶接に限られず、任意の接合手段が用いられてよい。
In this embodiment, the anode
本実施形態において、陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22は、陽極部12及び陰極部14と同様に、チタンに白金をめっきした部材である。めっきは、例えば、白金-イリジウムめっきであってもよい。陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22は、陽極部12及び陰極部14と同様に、チタンに白金をめっきしたものに限定されるものではないが、原水Wに溶け出さない材料であることが好ましい。本実施形態においては、陰極部14はめっきを施さなくてもよいが、この場合、陰極用給電部材22もめっきを施さなくてもよい。
In this embodiment, the anode
(電解槽の構成)
次に、電解槽DKの構成について説明する。図2は、本実施形態に係る水素含有水生成システム100の電解槽DKの例を示す断面図である。図3は、図2のA-A断面図である。図2に示すように、電解槽DKは、槽本体40と、下側基台42と、上側基台44と、給水管46と、排水管48と、下部スペーサ52と、上部スペーサ54と、接合管50と、を備える。
(Configuration of electrolytic cell)
Next, the configuration of the electrolytic cell DK will be explained. FIG. 2 is a sectional view showing an example of the electrolytic cell DK of the hydrogen-containing
槽本体40は、透明な円筒状の槽である。槽本体40の内部には、電極10が設けられる。電極10は、長手方向Eが鉛直方向となる向きで配置されている。陽極部12と陰極部14と槽本体40とは、中心軸Ztを同心として配置される。槽本体40が透明に設けられているので、使用者は、槽本体40の外側から電極10、特に、槽本体40と対面する位置に設けられる陰極部14を視認することができる。槽本体40の下端部は、下側基台42に覆われて固定される。槽本体40の上端部は、上側基台44に覆われて固定される。
The
下側基台42は、槽本体40の下端部と、陽極用給電部材20と、陰極用給電部材22とを固定する。陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22は、陽極部12及び陰極部14の下端部側開口部10HAより下方に一部が突出している。下側基台42は、陽極用給電部材20の突出部分20P及び陰極用給電部材22の突出部分22Pに、水密状態で貫通される。下側基台42は、陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22を介して陽極部12及び陰極部14を固定する。これにより、水素含有水生成システム100は、槽本体40の外部から陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22を介して電極10へ給電することができる。また、電極10は、陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22を介して下側基台42及び槽本体40に固定される。上側基台44は、上端部側が閉塞する円筒状の基台である。上側基台44は、槽本体40の上端部を固定する。上側基台44には、空気抜き弁AVと電極10の内周部10Siより内側とを連通させる接合管50が貫通する。
The
給水管46は、槽本体40に原水Wを給水するI字状の配管である。給水管46は、槽本体40の側部を水密状態で貫通して設けられる。給水管46の下流端部側の開口部である給水部46Hは、電極10の外周部10Soより外側に設けられる。給水部46Hは、内周方向に向けて原水Wを給水する。
The
排水管48は、槽本体40の水素含有水Rを排水するI字状の配管である。排水管48は、槽本体40の側部を水密状態で貫通して設けられる。排水管48の上流端部側の開口部である排水部48Hは、電極10の外周部10Soより外側に設けられる。排水管48は、外周方向に向けて水素含有水Rを排水する。
The
接合管50は、空気抜き弁AVと電極10の内周部10Siより内側とを連通させる。接合管50は、上側基台44を貫通して固定される。接合管50の上端部は、空気抜き弁AVに連通する。接合管50の下端部は、電極10の内周部10Siより内側の上端部側開口部10HBより下方に連通する。空気抜き弁AVは、槽本体40の内部の圧力が所定値を超えた場合、空気Gを放出する。例えば、空気Gは、槽本体40内の水の電気分解反応によって発生した酸素ガスを含む。このような構成によって、電解槽DKは、酸素ガスを優先的に槽本体40から排出できる。電解槽DKは、酸素ガスを優先的に槽本体40から排出することによって、槽本体40内の水への酸素溶存量を抑制して、水素含有水Rを生成する。
The
上述したように、陽極部12と、陰極部14とは、下部スペーサ52及び上部スペーサ54によって、電極間隙間を維持される。下部スペーサ52は、円筒状であり、下端部側開口部10HAにおいて、陰極部14の内周部と陽極部12の外周部との間に配置される。上部スペーサ54は、円筒状であり、上端部側開口部10HBにおいて、陰極部14の内周部と陽極部12の外周部との間に配置される。上部スペーサ54は、上端部に内周方向側に突出する内鍔部54Fiを有する。内鍔部54Fiは、電極10と接合管50との距離を所定距離とする。上部スペーサ54は、上端部に外鍔部54Foを有する。外鍔部54Foは、径方向と外側に突出し、周方向Cの全周に設けられている。外鍔部54Foは、電極10と槽本体40の内周部40Siとの距離を所定距離とする。
As described above, the inter-electrode gap between the
水素含有水生成システム100の制御部CLは、水素含有水生成システム100の各構成要素に各種機能を実行させる制御信号を出力する。制御部CLは、例えば、電解槽DKの電源30に電圧を与えるよう制御する制御信号を出力する。制御部CLは、例えば、給水装置等から給水管46を介して槽本体40に原水Wを供給するよう制御する制御信号を出力する。制御部CLは、タイマーを含んでもよい。タイマーは、例えば、水素含有水生成システム100の稼働時間をカウントする。稼働時間は、電極10を交換した後の、電解槽DKに電圧を印加している時間を累積した時間である。
The control unit CL of the hydrogen-containing
制御部CLは、例えば、作業者等からの入力を受け付け可能である入力部を有してもよい。制御部CLは、入力部から入力された所定の操作信号に基づいて、各種の制御信号を出力する。入力部は、例えば、電解槽DKの電極10と同様の電極10を用いた試用実験の実験値等に基づく、電解槽DKの電極10が故障するまでの水素含有水生成システム100の稼働時間の予測値を受け付け可能であってもよい。制御部CLは、入力部から、電解槽DKが故障するまでの水素含有水生成システム100の稼働時間の予測値を設定されてもよい。
The control unit CL may include, for example, an input unit capable of receiving input from an operator or the like. The control unit CL outputs various control signals based on predetermined operation signals input from the input unit. The input unit is configured to input, for example, the operating time of the hydrogen-containing
制御部CLは、さらに、各種報知情報を表示する表示部を有してもよい。表示部は、例えば、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)等を含む表示装置である。表示部は、制御部CLから取得した報知情報に基づいて、報知情報を表示する。制御部CLがタイマーを含む場合、報知情報は、例えば、予め設定された稼働情報に基づくメンテナンス期に基づいて、作業者等にメンテナンスを行うように促す情報を含んでもよい。制御部CLがタイマーを含む場合、表示部は、水素含有水生成システム100の稼働時間を表示してもよい。表示部がタッチパネル式ディスプレイである場合、表示部は、入力部を含んでもよい。
The control unit CL may further include a display unit that displays various notification information. The display unit is a display device including, for example, a liquid crystal display (LCD). The display section displays notification information based on the notification information acquired from the control section CL. When the control unit CL includes a timer, the notification information may include information that prompts a worker or the like to perform maintenance, for example, based on a maintenance period based on preset operating information. When the control unit CL includes a timer, the display unit may display the operating time of the hydrogen-containing
(電解槽の電気分解)
次に、電解槽DKにおける原水Wの電気分解について説明する。水素含有水生成システム100は、電極10が原水Wに浸漬され、電源30によって電極10に電圧が印加されて、陽極部12と、陰極部14との間に電位差が発生させることによって、原水Wを電気分解し、水素含有水Rを生成する。
(Electrolysis of electrolytic cell)
Next, electrolysis of the raw water W in the electrolytic cell DK will be explained. In the hydrogen-containing
水素含有水生成システム100は、電極10の陽極部12と、陰極部14との間に電源30から所定の電圧が印加されると、陽極部12において、下記式(1)の反応が生じる。
In the hydrogen-containing
2H2O→O2+4H++4e-・・・(1) 2H2O→O2+4H++4e-...(1)
水素含有水生成システム100は、電極10の陽極部12と、陰極部14との間に電源30から所定の電圧が印加されると、陰極部14において、下記式(2)の反応が生じる。
In the hydrogen-containing
4H++4e-→2H2・・・(2) 4H++4e-→2H2...(2)
水素含有水生成システム100は、電極10の陽極部12と、陰極部14との間に電源30から所定の電圧が印加されると、陽極部12及び陰極部14の全体において、下記式(3)の反応が生じる。
In the hydrogen-containing
2H2O→O2+2H2・・・(3) 2H2O→O2+2H2...(3)
水素含有水生成システム100において生成され、すなわち電解槽DKの排水部48Hから流出する水素含有水Rは、例えばpH7以上7.5以下程度の中性になる。陽極部12で発生する電離した水素イオンH+は陰極部14側に集まり、陰極部14には水素ガス(H2)の気泡が生成される。この気泡は、直径がナノメートルオーダーの微小な気泡である。酸素ガス(O2)は、陽極部12の内周部(電極10の内周部10Si)に気泡となって集まり、陽極部12の内周部に沿って又は陽極部12の内周部より内側を上昇して、接合管50を介して空気抜き弁AVから水素含有水生成システム100の外部に放出される。
The hydrogen-containing water R generated in the hydrogen-containing
(下側基台の構成)
次に、下側基台42の構成について、より詳細に説明する。下側基台42は、本実施形態において、二つの下側基台42、すなわち、第一下側基台421と第二下側基台422とを含む。第一下側基台421及び第二下側基台422は、槽本体40の下端を互いに交換可能に閉塞する。図4は、本実施形態に係る第一下側基台421の構成例を模式的に示す平面図である。図5は、本実施形態に係る第二下側基台422の構成例を模式的に示す平面図である。
(Configuration of lower base)
Next, the configuration of the
図4に示すように、第一下側基台421は、嵌合溝42Rと、第一孔421Oと、第二孔421Hと、を有する。嵌合溝42Rは、第一下側基台421の上面に設けられる環状の溝である。槽本体40は、下端部が嵌合溝42Rに嵌め込まれることにより、第一下側基台421によって下端部側が閉塞される。第一孔421Oは、陽極用給電部材20の突出部分20Pが水密状態で貫通する孔である。第二孔421Hは、陰極用給電部材22の突出部分22Pが水密状態で貫通する孔である。第一孔421O及び第二孔421Hは、第一下側基台421を、中心軸Ztに平行な方向に貫通する。第一下側基台421は、第一孔421O及び第二孔421Hに陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22が挿し込まれることによって閉塞する。
As shown in FIG. 4, the first
図5に示すように、第二下側基台422は、嵌合溝42Rと、第一孔422Oと、第二孔422Hと、を有する。嵌合溝42Rは、第二下側基台422の上面に設けられる環状の溝である。槽本体40は、下端部が嵌合溝42Rに嵌め込まれることにより、第二下側基台422によって下端部側が閉塞される。第一孔422Oは、陽極用給電部材20の突出部分20Pが水密状態で貫通する孔である。第二孔422Hは、陰極用給電部材22の突出部分22Pが水密状態で貫通する孔である。第一孔422O及び第二孔422Hは、第二下側基台422を、中心軸Ztに平行な方向に貫通する。第二下側基台422は、第一孔422O及び第二孔422Hに陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22が挿し込まれることによって閉塞する。
As shown in FIG. 5, the second
第一下側基台421の第一孔421O及び第二孔421Hは、中心軸Ztに対して互いに反対側に設けられる。これに対し、第二下側基台422の第一孔422O及び第二孔422Hは、中心軸Ztに対して互いに同じ側に設けられる。すなわち、槽本体40を第一下側基台421によって閉塞する場合は、陽極用給電部材20と陰極用給電部材22とが中心軸Ztに対して互いに反対側に設けられる。これに対し、槽本体40を第二下側基台422によって閉塞する場合は、陽極用給電部材20と陰極用給電部材22とが中心軸Ztに対して互いに同じ側に設けられる。すなわち、槽本体40に第一下側基台421を取り付ける場合に対して、第二下側基台422を取り付ける場合では、陰極部14及び陰極用給電部材22が陽極部12に対して中心軸Zt回りに180度回転した位置に変わる。
The first hole 421O and the
(水素含有水生成方法)
次に、本実施形態の水素含有水生成システム100において、水素含有水Rを生成する方法について説明する。図6は、本実施形態に係る水素含有水生成方法の流れを示すフローチャートである。本実施形態に係る水素含有水生成方法は、電極寿命予測ステップST201と、下側基台準備ステップST202と、下側基台数設定ステップST203と、下側基台交換間隔設定ステップST204と、下側基台交換ステップST205と、を含む。
(Hydrogen-containing water generation method)
Next, a method for generating hydrogen-containing water R in the hydrogen-containing
電極寿命予測ステップST201は、電解槽DKの電極10の寿命を予測するステップである。電極寿命予測ステップST201では、例えば、電解槽DKの電極10と同様の電極10を用いた試用実験の実験値等に基づいて、電解槽DKの電極10の故障までの稼働時間の予測値を、制御部CLに設定する。同一の水素含有水生成システム100で、電解槽DKの電極10の故障までの稼働時間の予測値を既に設定している場合は、電極寿命予測ステップST201を省略してもよい。
Electrode life prediction step ST201 is a step of predicting the life of the
下側基台準備ステップST202は、所定数の下側基台42を準備するステップである。本実施形態では、第一下側基台421及び第二下側基台422の二つの下側基台42を準備する。下側基台準備ステップST202では、本実施形態に限定されず、三つ以上の下側基台42を準備してもよい。この場合、それぞれの下側基台42の第二孔421H、422Hは、第一孔421O、422Oの位置を基準として、互いに異なる位置に形成される。それぞれの下側基台42の第二孔421H、422Hは、第一孔421O、422Oの位置を基準として、中心軸Zt回りに等間隔に形成されることが好ましい。
The lower base preparation step ST202 is a step for preparing a predetermined number of
下側基台数設定ステップST203は、下側基台42の数を示す下側基台数Nを設定するステップである。本実施形態において、下側基台数Nは、N=2である。下側基台準備ステップST202及び下側基台数設定ステップST203は、電極寿命予測ステップST201より前に実施されてもよい。
The lower base number setting step ST203 is a step for setting the lower base number N indicating the number of
下側基台交換間隔設定ステップST204は、下側基台42を別の下側基台42に交換する間隔である下側基台交換間隔Tcを設定するステップである。下側基台交換間隔Tcは、電極寿命予測ステップST201で設定された電解槽DKの電極10の故障までの稼働時間の予測値に基づいて設定される。下側基台交換間隔Tcは、例えば、故障までの稼働時間の予測値に所定の安全率を積算することによって算出される。なお、下側基台交換間隔Tcは、本実施形態の図7に示すフローチャートの処理において一定としているが、本発明ではこれに限定されず、電極10寿命より短い範囲で設定された所定時間で下側基台42を別の下側基台42に交換すればよい。また、本実施形態では、下側基台42の下側基台数Nは2であるため、下側基台42を交換する回数は1回である。
The lower base replacement interval setting step ST204 is a step of setting the lower base replacement interval Tc, which is the interval at which the
下側基台交換ステップST205は、下側基台42を別の下側基台42に交換するステップである。下側基台交換ステップST205では、下側基台交換間隔Tc毎に下側基台42を別の下側基台42に交換する。下側基台交換ステップST205について、より詳細に説明する。図7は、図6の下側基台交換ステップST205における水素含有水生成システム100の制御部CRの処理の一例を示すフローチャートである。制御部CLは、電解槽DKの稼働開始を時刻0とした場合の時刻tをt=0として、カウントアップタイマーを動作中であるものとする。
The lower base replacement step ST205 is a step of replacing the
ステップST211において、制御部CLは、次回に交換する下側基台42が何番目かを示す下側基台交換数NcをNc=0として記憶する。制御部CLは、ステップST212に移行する。ステップST212において、制御部CLは、下側基台交換数Ncのカウンタ値を1つ増やして、Nc=Nc+1として記憶する。制御部CLは、ステップST213に移行する。
In step ST211, the control unit CL stores the lower base replacement number Nc indicating the number of
ステップST213において、制御部CLは、時刻tが、下側基台交換間隔Tcと下側基台交換数Ncとの積算から算出される下側基台42を交換する時刻に達したか否かを判定する(t≧Tc×Nc?)。制御部CLは、時刻tが下側基台42を交換する時刻に達していないと判定した場合(ステップST213;No)、所定の周期毎にステップST213を繰り返し実行する。制御部CLは、時刻tが下側基台42を交換する時刻に達したと判定した場合(ステップST213;Yes)、ステップST214に移行する。
In step ST213, the control unit CL determines whether time t has reached the time to replace the
ステップST214において、制御部CLは、下側基台交換数Ncが下側基台数N以上か否かを判定する。制御部CLは、下側基台交換数Ncが下側基台数Nより小さいと判定した場合(ステップST214;No)、ステップST215に移行する。制御部CLは、下側基台交換数Ncが下側基台数N以上であると判定した場合(ステップST214;Yes)、ステップST217に移行する。 In step ST214, the control unit CL determines whether the number Nc of lower bases replaced is equal to or greater than the number N of lower bases. When the control unit CL determines that the number Nc of lower bases to be replaced is smaller than the number N of lower bases (step ST214; No), the process proceeds to step ST215. When the control unit CL determines that the number Nc of lower bases to be replaced is equal to or greater than the number N of lower bases (step ST214; Yes), the process proceeds to step ST217.
下側基台交換数Ncが下側基台数Nより小さいと判定した場合(ステップST214;No)、ステップST215において、制御部CLは、下側基台42の交換を行うように報知する。より詳しくは、制御部CLは、下側基台42の交換を行うよう促す報知情報を含む制御信号を表示部へ出力する。表示部は、下側基台42の交換を行うよう促す報知情報を表示する。
If it is determined that the number Nc of lower bases to be replaced is smaller than the number N of lower bases (step ST214; No), the control unit CL issues a notification to replace the
ステップST216において、制御部CLは、下側基台42が交換されたか否かを判定する。制御部CLは、例えば、下側基台42が交換されたことを示す所定の操作を入力部が受け付けたことを示す操作信号を取得した場合、下側基台42が交換されたと判定する。制御部CLは、下側基台42が交換されていないと判定した場合(ステップST216;No)、ステップST215に戻り、所定の周期毎にステップST215~ST216を繰り返し実行する。制御部CLは、下側基台42が交換されたと判定した場合(ステップST216;Yes)、ステップST212に移行する。
In step ST216, the control unit CL determines whether the
下側基台交換数Ncが下側基台数N以上であると判定した場合(ステップST214;Yes)、ステップST217において、制御部CLは、電極10の交換を行うように報知する。より詳しくは、制御部CLは、電極10の交換を行うよう促す報知情報を含む制御信号を表示部へ出力する。表示部は、電極10の交換を行うよう促す報知情報を表示する。ステップST217を終了すると、制御部CLは、図7に示すフローチャートの処理を終了することにより、図6に示す下側基台交換ステップST205を終了する。制御部CLは、図6に示すフローチャートの処理を終了する。
If it is determined that the lower base replacement number Nc is greater than or equal to the lower base base number N (step ST214; Yes), the control unit CL issues a notification to replace the
以上のように、本実施形態の水素含有水生成システム100の電解槽DKは、槽本体40の下端部を互いに交換可能に閉塞する第一下側基台421と、第二下側基台422と、を交換可能に備える。第一下側基台421は、陽極用給電部材20の下側端部が貫通する第一孔421Oと陰極用給電部材22の下側端部が貫通する第二孔421Hとを有する。第二下側基台422は、陽極用給電部材20の下側端部が貫通する第一孔422Oと陰極用給電部材22の下側端部が貫通する第二孔422Hとを有する。第一下側基台421の第二孔421Hと第二下側基台422の第二孔422Hとは、第一孔421O、422Oの位置を基準として異なる位置に形成される。
As described above, the electrolytic cell DK of the hydrogen-containing
本実施形態の水素含有水生成システム100の電解槽DKによれば、下側基台42を交換することによって、陽極部12の位置に対する陰極用給電部材22の位置が変わる。例えば、本実施形態では、槽本体40に第一下側基台421を取り付ける場合に対して、第二下側基台422を取り付ける場合では、陰極部14及び陰極用給電部材22が陽極部12に対して中心軸Zt回りに180度回転した位置に変わる。水素含有水Rを生成する電気分解反応では、陰極部14の電流密度が荷電部分である陰極用給電部材22に集中しているため、陰極用給電部材22と距離が近い陽極部12の部分に劣化が集中してしまう。これに対し、電解槽DKは、陰極用給電部材22と距離が近い陽極部12の部分が穴開き等故障する前に、陽極部12に対する陰極用給電部材22の位置を移動させることが可能である。これにより、電極10、特に陽極部12の局所的な劣化を抑制して寿命を延ばすことができる。
According to the electrolytic cell DK of the hydrogen-containing
本実施形態において、陽極部12、陰極部14、及び槽本体40の形状は、いずれも円筒状であるが、これに限定されるものではなく、筒形状かつ所定の角度毎に回転可能であればどのような形状でもよい。また、電極10は、下端部側開口部10HA及び上端部側開口部10HBを有していなくてもよいし、下端部側開口部10HA及び上端部側開口部10HBのいずれかのみを有していてもよい。
In this embodiment, the
本実施形態において、電極10は、陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22を介して下側基台42及び槽本体40に固定されるが、固定方法は特に限定されない。また、本実施形態では、筒形状の陽極部12、陰極部14、及び槽本体40の軸方向が鉛直方向と平行となる向きで配置することで、槽本体40内の水の流れを好適に制御でき、水素含有水Rを好適に排出することができる。なお、陽極部12、陰極部14、及び槽本体40の向きは、軸方向が鉛直方向と平行となる向きに限定されないが、軸方向に沿った向きで配置することが好ましい。
In this embodiment, the
本実施形態において、陽極用給電部材20は、突出部分20Pとは反対側の端部が上端部側開口部10HBの近傍まで延びるが、陽極用給電部材20の陽極部12に取り付けられる部分の長さは、陽極部12の長手方向Eの寸法の半分以下でもよい。陰極用給電部材22は、突出部分22Pとは反対側の端部が上端部側開口部10HBの近傍まで延びるが、陰極用給電部材22の陰極部14に取り付けられる部分の長さは、陰極部14の長手方向Eの寸法の半分以下でもよい。これらの場合、例えば、電極10は、陽極用給電部材20が設けられている側とは反対側に、陽極用給電部材20と同じ形状の陽極用支持部材が設けられてもよい。また、電極10は、陰極用給電部材22が設けられている側とは反対側に、陰極用給電部材22と同じ形状の陰極用支持部材が設けられてもよい。陽極用支持部材及び陰極用支持部材は、陽極用給電部材20及び陰極用給電部材22と同一の材料であってもよいし、異なる材料であってもよい。
In the present embodiment, the end of the anode
陽極用給電部材20は、本実施形態のような棒状の形状でなくてもよく、任意の形状にしてもよい。また、陽極用給電部材20は、下端部側開口部10HAにおいて陽極部12に接続されることに限られず、導電体として陽極部12と電気的に接続されていれば、接続箇所は任意である。陰極用給電部材22は、本実施形態のような棒状の形状でなくてもよく、任意の形状にしてもよい。また、陰極用給電部材22は、下端部側開口部10HAにおいて陰極部14に接続されることに限られず、導電体として陰極部14と電気的に接続されていれば、接続箇所は任意である。
The anode
本実施形態においては、陽極部12と、陰極部14とが下部スペーサ52及び上部スペーサ54を介して離間して設けられるが、陽極部12と、陰極部14との間に、側部に複数の開口を有する円筒状の絶縁体を介在させてもよい。絶縁体は、例えば、陽極部12の外周部及び陰極部14の内周部と中心軸Zt回りに互いに回転可能であるように接する。
In this embodiment, the
本実施形態においては、電極10が、内側に陽極部12を有し、外側に陰極部14を有するが、内側に陰極部14を有し、外側に陽極部12を有してもよい。この場合、給水管46の給水部46Hは、内側に配置された陰極部14の内周部より内側に設けられ、鉛直方向の上方に向けて給水することが好ましい。また、排水管48の排水部48Hは、内側に配置された陰極部14の内周部より内側に設けられ、給水部46Hの上方において、陰極部14の上端部側開口部10HBより下方の水素含有水Rを取水することが好ましい。また、接合管50は、陽極部12の外周部より外側に連通する上側基台44の内部空間に連通することが好ましい。
In this embodiment, the
以上、本実施形態を説明したが、本実施形態によってこの発明が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。 Although this embodiment has been described above, the present invention is not limited to this embodiment. Furthermore, the above-mentioned components include those that can be easily assumed by those skilled in the art, those that are substantially the same, and those that are in a so-called equivalent range. Furthermore, the aforementioned components can be combined as appropriate. Furthermore, various omissions, substitutions, or changes to the constituent elements can be made without departing from the gist of the present embodiment.
10 電極
12 陽極部
14 陰極部
20 陽極用給電部材
22 陰極用給電部材
30 電源
40 槽本体
42 下側基台
421 第一下側基台
422 第二下側基台
421O、422O 第一孔
421H、422H 第二孔
100 水素含有水生成システム
DK 電解槽
CL 制御部
R 水素含有水
E 長手方向
10
Claims (5)
側部に複数の開口を有し、前記陽極部の径方向外側又は径方向内側に離間して設けられる筒状の陰極部と、
前記陽極部及び前記陰極部が内部に設けられる筒状の槽本体と、
前記陽極部の長手方向に沿って延びて前記陽極部の側部に取り付けられる棒状の陽極用給電部材と、
前記陰極部の長手方向に沿って延びて前記陰極部の側部に取り付けられる棒状の陰極用給電部材と、
前記陽極用給電部材の下側端部が貫通する第一孔と前記陰極用給電部材の下側端部が貫通する第二孔とを有し、前記槽本体の下端部を閉塞する第一下側基台と、
を備える水素含有水生成電解槽と、
さらに、前記陽極用給電部材の下側端部が貫通する第一孔と、前記第一孔の位置を基準として前記第一下側基台とは異なる位置に前記陰極用給電部材の下側端部が貫通する第二孔とを有し、前記槽本体の下端部を閉塞する第二下側基台と、
所定時間で、前記水素含有水生成電解槽の前記第一下側基台を前記第二下側基台に交換するように報知する制御部と、
を備える、水素含有水生成システム。 a cylindrical anode portion having a plurality of openings on the side;
a cylindrical cathode portion having a plurality of openings on the side and spaced apart from each other on the radially outer side or the radially inner side of the anode portion;
a cylindrical tank body in which the anode part and the cathode part are provided;
a rod-shaped anode power supply member that extends along the longitudinal direction of the anode section and is attached to a side of the anode section;
a rod-shaped cathode power supply member that extends along the longitudinal direction of the cathode section and is attached to a side of the cathode section;
The first hole has a first hole through which the lower end of the anode power supply member passes and a second hole through which the cathode power supply member passes, and the first hole closes the lower end of the tank body. side base,
a hydrogen-containing water generating electrolyzer comprising;
Furthermore, a first hole through which the lower end of the anode power supply member passes, and a lower end of the cathode power supply member at a position different from the first lower base based on the position of the first hole. a second lower base having a second hole through which the second hole passes through, and closing the lower end of the tank main body ;
a control unit that notifies to replace the first lower base of the hydrogen-containing water producing electrolytic cell with the second lower base at a predetermined time;
A hydrogen-containing water generation system.
を備え、
前記水素含有水生成電解槽の前記第一下側基台が前記第二下側基台に交換された後、前記制御部は、さらに前記所定時間で、前記水素含有水生成電解槽の前記第二下側基台を前記第三下側基台に交換するように報知する、
請求項1に記載の水素含有水生成システム。 Furthermore, a first hole through which the lower end of the anode power supply member passes, and a position different from the first lower base and the second lower base with respect to the position of the first hole are provided. a third lower base having a second hole through which the lower end of the cathode power supply member passes, and closing the lower end of the tank body;
Equipped with
After the first lower base of the hydrogen-containing water producing electrolytic cell is replaced with the second lower base, the control unit further controls the first lower base of the hydrogen-containing water producing electrolytic cell at the predetermined time. Notifying to replace the second lower base with the third lower base;
The hydrogen-containing water generation system according to claim 1.
請求項2に記載の水素含有水生成システム。 A line segment from the second hole of the first lower base to the central axis of the cathode part, and a line segment from the second hole of the second lower base to the central axis of the cathode part are The angle formed is between the line segment from the second hole of the second lower base to the central axis of the cathode part and the line segment from the second hole of the third lower base to the central axis of the cathode part. It is the same as the angle made by the line segment,
The hydrogen-containing water generation system according to claim 2.
側部に複数の開口を有し、前記陽極部の径方向外側又は径方向内側に離間して設けられる筒状の陰極部と、
前記陽極部及び前記陰極部が内部に設けられる筒状の槽本体と、
前記陽極部の長手方向に沿って延びて前記陽極部の側部に取り付けられる棒状の陽極用給電部材と、
前記陰極部の長手方向に沿って延びて前記陰極部の側部に取り付けられる棒状の陰極用給電部材と、
を備える水素含有水生成電解槽を備える水素含有水生成システムによる水素含有水生成方法であって、
前記陽極用給電部材の下側端部が貫通する第一孔と前記陰極用給電部材の下側端部が貫通する第二孔とを有し、前記槽本体の下端部を閉塞する第一下側基台と、前記陽極用給電部材の下側端部が貫通する第一孔と前記第一孔の位置を基準として前記第一下側基台とは異なる位置に前記陰極用給電部材の下側端部が貫通する第二孔とを有し、前記槽本体の下端部を閉塞する第二下側基台と、を準備する下側基台準備ステップと、
前記下側基台準備ステップで準備した前記第一下側基台及び前記第二下側基台の合計数を設定する下側基台数設定ステップと、
前記第一下側基台を前記第二下側基台に交換するまでの時間間隔を設定する下側基台交換間隔設定ステップと、
前記時間間隔で、下側基台数設定ステップで設定した前記第一下側基台及び前記第二下側基台の合計数に基づく所定回数、前記第一下側基台を前記第二下側基台に交換する下側基台交換ステップと、
を含む、水素含有水生成方法。 a cylindrical anode portion having a plurality of openings on the side;
a cylindrical cathode portion having a plurality of openings on the side and spaced apart from each other on the radially outer side or the radially inner side of the anode portion;
a cylindrical tank body in which the anode part and the cathode part are provided;
a rod-shaped anode power supply member that extends along the longitudinal direction of the anode section and is attached to a side of the anode section;
a rod-shaped cathode power supply member that extends along the longitudinal direction of the cathode section and is attached to a side of the cathode section;
A hydrogen-containing water generation method using a hydrogen-containing water generation system comprising a hydrogen-containing water generation electrolytic cell comprising:
The first hole has a first hole through which the lower end of the anode power supply member passes and a second hole through which the cathode power supply member passes, and the first hole closes the lower end of the tank body. a side base, a first hole through which the lower end of the anode power supply member passes, and a bottom of the cathode power supply member at a position different from the first lower base with respect to the position of the first hole. a lower base preparation step of preparing a second lower base having a second hole passing through the side end and closing the lower end of the tank main body;
a lower base number setting step of setting a total number of the first lower base and the second lower base prepared in the lower base preparation step;
a lower base replacement interval setting step of setting a time interval until the first lower base is replaced with the second lower base;
At the time interval, the first lower base is moved to the second lower base a predetermined number of times based on the total number of the first lower base and the second lower base set in the lower base number setting step. a lower base replacement step for replacing the base;
A method for producing hydrogen-containing water, including:
請求項4に記載の水素含有水生成方法。 comprising an electrode life prediction step of predicting the life of the anode part of the hydrogen-containing water generating electrolyzer;
The method for producing hydrogen-containing water according to claim 4.
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